论文摘要
高功率微波(HPM)领域，Tesla变压器型强流脉冲电子加速器是一种重要的重复率脉冲功率源，而Tesla变压器正是该种功率源的核心部件。基于Tesla变压器锥形绕组电压分布特性的研究对提高Tesla变压器运行的可靠性和稳定性具有非常重要的意义。在分析Tesla变压器工作原理及特征参数对输出影响的基础上，采用实验研究和数值模拟相结合的方法对Tesla变压器锥形次级绕组的冲击电压分布特性进行了研究，论文的主要内容有：一、建立了用于分析Tesla变压器锥形绕组的多导体传输线(MTL)模型，通过有限元软件ANSYS求解模型中的分布参数，利用入端阻抗法推导了用于求解MTL模型时域电报方程组的递推公式。二、实验研究了空心结构、内铁芯结构和内外铁芯结构锥形绕组的冲击电压分布特性，初步归纳了锥形绕组在不同脉宽条件下的电压分布规律；对空心结构锥形绕组中的电压分布进行了数值模拟，得到的计算结果与实验结果基本一致；建立了简化后的MTL模型的等效链型电路，分析了链型电路的频率特性及谐振机理，对锥形绕组中的电压过冲、电压反向等现象给出了解释。三、参照实际装置中的Tesla变压器与脉冲形成线(PFL)一体化结构搭建实验平台，研究了气体开关导通形成的冲击电压波在Tesla变压器锥形绕组中的分布特性并模拟计算了PFL中的电压分布；采用了首端并绕、末端并绕和加入屏蔽环三种措施优化绕组结构并通过实验验证。结果表明：PFL放电过程中，导致变压器锥形绕组击穿的危险电压梯度最容易出现在绕组首端，首端并绕结构能够有效降低绕组首端的电压梯度、末端并绕结构能够有效降低绕组末端的电压梯度。强流脉冲电子加速器CHP01装置中，Tesla变压器锥形次级绕组的首、末端采用并绕结构，有效解决了绕组的绝缘击穿问题，该装置实现了Tesla变压器输出电压1.15MV、重复频率100Hz，在一定条件下实现了重复频率稳定运行。